TW201407969A - 線性脈衝編碼調變資料格式判斷方法 - Google Patents
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Abstract
一種資料格式判斷方法,應用於一線性脈衝編碼調變資料,該方法包含以下步驟:讀取該線性脈衝編碼調變資料中之複數個位元組;對該複數個位元組進行一預設計算以獲得一資料特性;以及根據該資料特性判斷該線性脈衝編碼調變資料之資料格式。
Description
本發明係有關於線性脈衝編碼調變資料格式判斷方法,特別是有關於根據線性脈衝編碼調變資料內容之資料特性而判斷線性脈衝編碼調變資料格式之方法。
脈衝編碼調變(Pulse-Code Modulation,以下簡稱PCM)是將類比聲音信號數位化的方式,PCM類型的資料因為未經壓縮,因此音質較一般數位壓縮聲音檔,例如常見的MPEG Audio Layer III,簡稱MP3為佳。
脈衝編碼調變資料可以依據取樣間隔的不同而進一步被區分為線性與非線性的PCM格式。前者稱為線性脈衝編碼調變(Linear Pulse-Code Modulation,簡稱為LPCM),線性脈衝編碼調變是利用固定的取樣間隔對類比的聲音信號取樣並編碼的方式;後者稱為非線性脈衝編碼調變(Non-linear Pulse-Code Modulation,簡稱為Non-Linear PCM),這種方式使用不同的取樣間隔,例如:以對數決定取樣間隔,在電位較低時的取樣位階較為密集,在電位較高時的取樣位階則較分散,換句話
說,如果用來取樣的原始音訊資料在大部分的時間都是低電位訊號,則使用這種方式所紀錄的音訊品質也較佳。
根據上述說明可以發現,不同類型的脈衝編碼調變資料都只是呈現聲音資訊的資料表示格式,但實際上對於聲音資料的呈現細節(如:取樣頻率等)並未如MP3或WAV等格式而提供標準化的定義。無論以線性或非線性方式所儲存的脈衝編碼調變格式音訊在播放時常常造成播放PCM格式之音訊時的困擾。
進一步以線性脈衝編碼調變為例,由於線性脈衝編碼調變類型的資料經常使用16位元、24位元或32位元等以位元組為倍數的位元數格式來代表一筆音訊資料,但是在利用位元組作為音訊資料處理時的基本單位時,往往會因為位元組序(Endianness)的一致性與否而造成資料處理時的困擾。
簡單來說,位元組序的問題是因為對音訊資料格式的認知不同所導致播放端預設的播放格式與輸入之線性脈衝編碼調變資料格式的擺放不一致的情況,這也讓線性脈衝編碼調變的播放因為無法判讀而產生雜訊輸出。
以下是對位元組序的問題所作的舉例:假設以二進位格式對連續四個字元的資料0、1、2、3進行標示,則這四個字元的資料將被標示成00000000、00000001、00000010、00000011,而這四筆
資料在進行儲存時,必須規劃連續的四個位址的記憶體空間來使用,但是這四筆資料在這四個位址記憶體空間的實際擺放格式卻會因為系統使用的是大端序(Big Endian)或小端序(Little Endian)而異。
倘若這四個字元是利用以字組為導向(word-oriented)的大端序格式進行儲存時,資料將以如下的方式陳列:00000000-00000001-00000010-00000011,亦即,將較高位數的資料對應存放在記憶體位址較低的地方;另一方面,採用小端序的格式則是以位元組導向(byte-oriented),亦即將資料中的較低位元儲存於記憶體中位址相對較低的記憶體位址,因此儲存在記憶體的資料排列為:00000011-00000010-00000001-00000000
由於位元組序可能影響資料的解讀是否正確,即,在寫入資料與讀出資料時的格式若定義不一致,會造成資料內容被錯誤解讀。
請參見第一圖,其係利用不同位元組序格式儲存於記憶體時之資料排列之示意圖。假設讀入的資料內容為0x12345678,將其寫入至0x0000至0x0003的記憶體空間時,若是利用使用大端序的美普思科技(MIPS Technologies美普思科技公司,簡稱為MIPS)所開發的處理器寫入,則資料內容由低位址到高位址將依序儲存0x012、0x34、0x56、0x78,倘若依據這樣的順序將資
料紀錄在記憶裝置(例如:光碟片)中,但是在讀取時,卻使用以小端序格式進行存取的英代爾(Intel)處理器,這將導致所讀出出來的資料順序為0x78、0x56、0x34、0x12而造成資料內容的讀取有誤。
目前的習用技術對於此類型的問題往往以約定俗成的方式,例如,系統預設使用儲存格式為大端序,因此在存取資料時一律以大端序的格式對所有的線性脈衝編碼調變資料進行播放,但這樣的方式卻蘊含著對資料格式錯誤判讀的風險,特別是在網路使用廣泛而其資料來源各異而造成資料格式不一的情況下,對於資料儲存格式的判讀錯誤所造成播放時的誤動作情況亦層出不窮。因此本發明以此為改善目標,期能發展出能夠自動且正確判讀線性脈衝編碼調變資料儲存格式之作法。
本發明係為一種資料格式判斷方法,應用於一線性脈衝編碼調變資料,例如透過一網路串流而取得或由一儲存裝置所提供,該方法包含以下步驟:讀取該線性脈衝編碼調變資料中之複數個位元組;對該複數個位元組進行一預設計算而得一資料特性;根據該資料特性判斷該線性脈衝編碼調變資料之資料格式,例如為一大端序或一小端序;將該線性脈衝編碼調變資料轉換為一預設資料格式以回應於該判斷步驟之結果;以及儲存轉換為該預設資料格式
後之該線性脈衝編碼調變資料。讀取該線性脈衝編碼調變資料中位元組之步驟可包含以下步驟:設定一讀取時間;以及在該讀取時間內讀取該線性脈衝編碼調變資料中之複數個位元組。該預設計算包括一平方差之總和或一差值之絕對值總和。舉例而言,該線性脈衝編碼調變資料係以十六位元作為儲存單位。其中對該複數個位元組進行該預設計算而得該資料特性之步驟係包含以下步驟:讀取該複數個位元組中的一第一位元組與一第二位元組;以及利用該第一位元組與該第二位元組進行該預設計算。
請參見第二圖,其係本發明所提出之資料格式判斷方法之流程圖。本發明係針對線性脈衝編碼調變資料所進行的資料格式判斷,判斷流程主要包含以下步驟:首先讀取線性脈衝編碼調變資料中之複數個位元組(步驟S21);接著對讀取到的位元組資料進行預設計算,藉由預設計算而得出線性脈衝編碼調變資料的資料特性(步驟S22);以及根據預設計算結果所得出的資料特性判斷線性脈衝編碼調變資料之資料格式為大端序或小端序(步驟S23)。
實際應用本發明時,用來搭配提供原始音訊資料的來源固然可能是光碟片、硬碟或快閃記憶體等非揮發性儲存裝置所提供的檔案,也可能是由網路上所接收而來的資料
串流。無論是檔案或音訊資料串流,同一個來源的線性脈衝編碼調變資料所使用的位元組序必然一致,因此本發明只需選取線性脈衝編碼調變資料中的部份位元組,根據這些位元組而判斷出來的資料特性可代表全部音訊資料的資料格式特性,因此不會有代表性不足的問題。
較佳地,當本發明在進行步驟S21而讀取複數個位元組時,除了設定一個門檻作為資料讀取時的位元組數(例如:二十個位元組)外,也可以在系統設定時,設定一段讀取時間(例如:一秒鐘),並視讀取時間的長短而在讀取時間內讀取線性脈衝編碼調變資料中的複數個位元組。
線性脈衝編碼調變資料可能使用不同的位元數來標示相同的音訊資料,例如:十六位元或二十位元,所使用的位元數不同僅代表對於聲音資料的解析度(精準度)不同,但線性脈衝編碼調變所具有的兩兩資料之間的變化關係並不會因此而改變。
為了不失真的呈現音訊資料,常見的線性脈衝編碼調變資料的聲音取樣頻率(如:48千赫茲(kHz)或44.1千赫茲(kHz)等)所取得的音訊資料往往為連續性的,因此本發明的核心構想架構在:彼此相連的線性脈衝編碼調變資料具有數值上的連續性關係而不會有顯著差異的基礎上,亦即,在觀察連續的兩個時間點t1與t2時,時間點t1與時間點t2所得出的LPCM1與LPCM2數值並不會相差太大,並利用這樣的資料特性而發展出一套預設計算的方式,也因此在實際讀取資料時,可以透過預設計算的方式得出待
讀取線性脈衝編碼調變資料的資料特性。
換句話說,以正確格式所標示的線性脈衝編碼調變資料,各筆資料與其前後數筆的線性脈衝編碼調變資料內容其實是相近的,但是若在讀取時發生位元組序判讀錯誤的情形而讀出錯誤格式的資料時,則線性脈衝編碼調變資料呈現不連續性的現象。
舉例而言,假設有連續四筆的線性脈衝編碼調變資料,這四筆的線性脈衝編碼調變資料內容分別為:0xAA11、0xAA12、0xAA13、0xAA14,倘若依照正確的位元組序讀取時,可以正確得出:0xAA11、0xAA12、0xAA13、0xAA14的資料內容,但是若使用錯誤的位元組序讀取方式時,實際讀到的序列卻成為:0x11AA、0x12AA、0x13AA、0x14AA,兩相比較下可以發現,依照正確的位元組序所得出的結果,各筆資料的數值皆較第二組序列所得出的結果小,例如:0xAA11與0xAA12只差了0x1(即十進制的1),但0x12AA與0x11AA卻相差了0x100(相當於十進制的256),其餘各筆資料的差值也具有同樣的情形。
對於步驟S22,即,對讀取到的複數個位元組進行預設計算而得出線性脈衝編碼調變資料的資料特性之步驟,以下以利用十六位元的線性脈衝編碼調變資料作為舉例,步驟S22的進行方式為:讀取複數個位元組中的第一位元組與第二位元組;以
及利用第一位元組與第二位元組進行預設計算,此處的預設計算可以使用不同的計算方式,舉例來說,計算平方差的總和或是對彼此的差值取絕對值後再加總,進而得出各筆差值的絕對值總和。
接著以類似的方式對所讀取的複數個位元組中的其他位元組進行相同的預設計算。舉例來說,倘若選用的預設計算方式為:對兩兩位元組進行運算而取得平方差,則以相同的方式計算出第二位元組與第三位元組間的平方差、第三位元組與第四位元組之間的平方差、第四位元組與第五位元組之間的平方差...其餘類推,在得出所有的平方差後進行加總及/或取得平均。
請參見第三圖,其係本案在實際應用時之影音播放裝置30,取得的原始線性脈衝編碼調變資料係由記憶單元301提供給控制單元303,透過控制單元303進行預設計算而對線性脈衝編碼調變資料進行判斷與轉換,在控制單元303做出判斷結果後,再依據需要而利用播放單元305直接播放位元組序被經過轉換後的資料,或將轉換過位元組序的資料回存至記憶單元301作為下次使用影音播放裝置30播放音訊時使用。
倘若在個人電腦上利用應用程式實現本發明,使用者可以選擇所要轉換的資料格式,透過軟體的操作將原本影音播放裝置無法支援播放的檔案或串流轉換為可以支援播放的位元組序格式。將線性脈衝編碼調變資料轉換為預設資料格式後,個人電腦除了透過軟體而直接播放線性
脈衝編碼調變資料外,也可以儲存轉換後的線性脈衝編碼調變資料,作為線性脈衝編碼調變資料格式轉換的一個媒介。
舉例來說,使用者的影音播放裝置可能預設僅能播放以大端序作為儲存格式的檔案,使用者可以利用應用程式將以小端序作為儲存格式的資料自動判斷並轉換為大端序的資料格式,接著將被轉換為大端序資料格式後的音訊資料儲存在隨身碟,則使用者只要將隨身碟接上影音播放裝置後,影音播放裝置可以正確地讀取已經被轉換為大端序的音訊資料而正常地播放聲音。
透過將線性脈衝編碼調變資料自動判斷並轉換為一預設資料格式(上述例中的大端序格式),讓本發明在實際應用時可以根據使用目的的不同而將轉換後的線性脈衝編碼調變資料儲存起來,抑或直接播放轉換為預設資料格式後之線性脈衝編碼調變資料。
假設有一個串列的線性脈衝編碼調變資料,其中部份的線性脈衝編碼調變資料內容依序為:0xFE6A FE63 FF80 0005 FED9 FC86 00A1 00C4 FED2 FFEC 011F 0048 0099 01A2...
假設對前述的十四個位元組進行預設計算,由於計算時使用兩兩位元組之間的差值,因此可以得到十三組差值,分別將這十三組差值平方後加總,並在取得平均(除以十三)後開平方根而得出利用大端序排列時的預設計算結果Rb與利用小端序排列時的預設計算結果R1。
使用大端序時的計算結果Rb為:Rb=SQRT(((0xFE6A-0xFE63)^2+(0xFE63-0xFF80)^2+(0xFF80-0x0005)^2+(0x0005-0xFED9)^2+(0xFED9-0xFC86)^2+(0xFC86-0x00A1)^2+(0x00A1-0x00C4)^2+(0x00C4-0xFED2)^2+(0xFED2-0xFFEC)^2+(0xFFEC-0x011F)^2+(0x011F-0x0048)^2+(0x0048-0x0099)^2+(0x0099-0x01A2)^2)/13)另一方面,利用小端序時的計算結果R1則為:R1=SQRT(((0x6AFE-0x63FE)^2+(0x63FE-0x80FF)^2+(0x80FF-0x0500)^2+(0x0500-0xD9FE)^2+(0xD9FE-0x86FC)^2+(0x86FC-0xA100)^2+(0xA100-0xC400)^2+(0xC400-0xD2FE)^2+(0xD2FE-0xECFF)^2+(0xECFF-0x1F01)^2+(0x1F01-0x4800)^2+(0x4800-0x9900)^2+(0x9900-0xA201)^2)/13)
在預設計算結果為Rb<R1的情況下,代表這些數值以大端序格式排列時的變異性較小,亦即,這些線性脈衝編碼調變資料使用的是大端序格式,因此後續在播放時,若系統本身採用的就是以大端序為處理格式時,就不需要對這些資料加以轉換;另一方面,若系統採用的預設處理方式是以小端序處理資料時,就必須要將全部的線性脈衝編碼調變資料由大端序格式轉換為小端序格式後才能正確的播放。由於同一個群組的資料在傳送時所使用的格式都相同,因此上述的運算過程只需要對初始的部份資料加以確
認即可,對於即時播放的應用也不至於產生效能上的負面影響。
除了上述以平方差的總和取平均而判斷外,透過其他運算方式而能凸顯各筆資料之變異性的作法也可以被選為預設計算的進行方式,舉例來說,以下的預設計算係對兩兩資料取其差值後,再對差值的絕對值加總。基於線性脈衝編碼調變資料具有連續性的特性,以正確格式表示的資料兩兩位元組之間的差值會較小,例如:原本以小端序表示的資料格式,在以小端序方式計算出差值的絕對值總和時,其總和會比以大端序方式所計算出來的差值的絕對值的總和要小,藉此可以判斷出這些音訊資料所代表的線性脈衝編碼調變資料屬於小端序格式。
在此沿用前述串列的線性脈衝編碼調變資料內容作為舉例,則使用大端序時的預設計算結果Rb為:Rb=|0xFE6A-0xFE63|+|0xFE63-0xFF80|+|0xFF80-0x0005|+|0x0005-0xFED9|+|0xFED9-0xFC86|+|0xFC86-0x00A1|+|0x00A1-0x00C4|+|0x00C4-0xFED2|+|0xFED2-0xFFEC|+|0xFFEC-0x011F|+|0x011F-0x0048|+|0x0048-0x0099|+|0x0099-0x01A2|另一方面,利用小端序時的預設計算結果R1則為:R1=|0x6AFE-0x63FE|+|0x63FE-0x80FF|+|0x80FF-0x0500|+|0x0500-0xD9FE|+|0xD9FE-0x86FC|+
|0x86FC-0xA100|+|0xA100-0xC400|+|0xC400-0xD2FE|+|0xD2FE-0xECFF|+|0xECFF-0x1F01|+|0x1F01-0x4800|+|0x4800-0x9900|+|0x9900-0xA201|
應注意到,儘管上述的較佳實施例分別以平方差的總和取平均,以及差值的絕對值之總和進行說明,實際應用時則可以利用其他方式的預設計算判斷資料連續性的關係,決定是否需要改變資料的排序方式。
儘管上述實施例係以十六位元的線性脈衝編碼調變資料作為舉例,而十六位元格式的資料因為是位元組的倍數(兩組八位元),因此使用時可利用兩兩位元組的運算而判定位元組序的格式是大端序或小端序。但是因為以其他位元數作為單位的線性脈衝編碼調變資料亦同樣具有前後兩筆資料為連續時表示時的類似特性,因此本發明也可被應用至以不同位元數作為儲存單元的各類型線性脈衝編碼調變資料。
雖然本發明已揭露如上述較佳實施例,然其並非用以限定本發明,本發明得由熟習此技藝之人士任施匠思而為諸般修飾,然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
本案圖式中所包含之各元件列示如下:
S21~S23‧‧‧步驟
301‧‧‧記憶單元
303‧‧‧控制單元
305‧‧‧播放單元
30‧‧‧影音播放裝置
本案得藉由下列圖式及說明,俾得更深入之了解:第一圖係利用不同位元組序格式儲存於記憶體時之資料排列之示意圖。
第二圖係本發明所提出之資料格式判斷方法之流程圖。
第三圖係本案在實際應用時之系統方塊圖。
S21~S23‧‧‧步驟
Claims (10)
- 一種資料格式判斷方法,應用於一線性脈衝編碼調變資料,該方法包含以下步驟:讀取該線性脈衝編碼調變資料中之複數個位元組;對該複數個位元組進行一預設計算以獲得一資料特性;以及根據該資料特性判斷該線性脈衝編碼調變資料之資料格式。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料格式判斷方法,其中該讀取步驟係包含以下步驟:設定一讀取時間;以及在該讀取時間內讀取該線性脈衝編碼調變資料中之該複數個位元組。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料格式判斷方法,更包含以下步驟:將該線性脈衝編碼調變資料轉換為一預設資料格式以回應於該判斷步驟之結果。
- 如申請專利範圍第3項所述之資料格式判斷方法,更包含以下步驟:儲存轉換為該預設資料格式後之該線性脈衝編碼調變資料。
- 如申請專利範圍第3項所述之資料格式判斷方法,更包含以下步驟:播放轉換為該預設資料格式後之該線性脈衝編碼調變資料。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料格式判斷方法,其中該預設計算包括一平方差之總和或一差值之絕對值總和。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料格式判斷方法,其中該資料特性係為一大端序或一小端序。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料格式判斷方法,其中該線性脈衝編碼調變資料係以十六位元作為儲存單位。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料格式判斷方法,其中對該複數個位元組進行該預設計算之步驟係包含以下步驟:讀取該複數個位元組中的一第一位元組與一第二位元組;以及利用該第一位元組與該第二位元組進行該預設計算。
- 如申請專利範圍第1項所述之資料格式判斷方法,其中該線性脈衝編碼調變資料係透過一網路串流而取得或由一儲存裝置所提供。
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